"Alte" Chemie-Inhalte aus der 9. Klasse findet man im Archiv .

 

Schuljahr 2013/2014

Übersicht über die Themen der Seite

  1. Laugen
  2. Säure trifft auf Lauge: die Neutralisation
  3. Der pH-Wert
  4. Aufbau einfacher Batterien
  5. Organische Chemie: die Chemie des Kohlenstoffs

 

Nächste Lernkontrolle: Mitt. 7. Mai 2014

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Vorbereitung der Lernkontrolle im Mai 20
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Laugen

Der Ammoniakspringbrunnen: Ammoniakgas reagiert mit Wasser zu einer Lauge

Wir haben im Unterricht gesehen, dass sich Ammoniakgas NH3 (g) sehr gut in Wasser löst. Dabei zeigte uns der dem Wasser zugefügte Indikator, dass im Gegensatz zum HCl-Springbrunnen diesmal eine alkalische Lösung entstanden ist  (Experiment im Film anschauen). Die Hydroxidionen können nur durch Protonenübertragung von einem Wassermolekül auf das Ammoniakmolekül entstanden sein.

NH3 + H20 ---> NH4+    +   OH- 

 

Auch beim Lösen von NaOH, LiOH, Mg(OH)2 und anderen Hydroxiden in Wasser lässt sich eine Blaufärbung des Indikators Bromthymolblau beobachten. Es ist eine alkalische Lösung, eine Lauge, entstanden. Da alle Metallhydroxide (MeOH) beim auflösen in Wasser alkalische Lösungen entstehen lassen, muss dies auf die Hydroxidgruppe OH- zurückzuführen sein. 

 

Möglichkeiten zur Herstellung alkalischer Lösungen:

1.) Einfachster Weg: Auflösen eines Metallhydroxides in Wasser.

2.) Unedle Metalle und Wasser. Unedle Metalle wie z.B. die Alkalimetalle  Li, Na, K .... reagieren mit Wasser zu alkalischen Lösungen und Wasserstoff, siehe Reaktion der Alkalimetalle Li bis Cs mit Wasser (FILM).

3.) Metalloxide lösen sich in Wasser unter Bildung alkalischer Lösungen.

4.) Ammoniakgas in Wasser einleiten.

  

Zusammengeben von Säure und Lauge führt zur Neutralisation

Gibt man zu einer sauren Lösung, z.B. Salzsäure HCl(aq), mit dem Indikator Bromthymolblau langsam eine Lauge, z.B. Natronlauge (Na+(aq) und OH-(aq)), so beobachtet man Erwärmung und einen Farbumschlag von gelb zu grün und mit noch mehr Lauge schließlich zu blau. Diese Beobachtung zeigt, dass H30 + / H+-Ionen verschwinden. Sie reagieren mit den Hydroxidionen (OH-) zu ungeladenen Wassermolekülen. Zurück bleiben die gelösten Restionen der Säure und Lauge, die beim Abdampfen des Wasser Salz, hier Kochsalz NaCl, bilden. Bei der Neutralisation entsteht Wärme, Wasser und ein Salz.

 

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Alles Wissenswerte zur Neutralisation im Überblick
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Der pH-Wert

 

 

 

Der pH-Wert

Wir sehen zwei 1 zu 10 Verdünnungsreihen mit Salzsäure (links) und Natronlauge (rechts), beginnend bei einer Konzentration von 1 bzw. 0,1 Mol / Liter. In der Mitte steht Wasser. Universalindikator zeigt den steigenden bzw. fallenden pH. Im Unterricht haben wir diesmal ein pH-Messgerät verwendet.

 

Wenn Säure oder Lauge eins zu zehn verdünnt wird (jeweils 10 ml Ausgangslösung mit 90 ml Wasser auf 100 ml Gesamtvolumen gebracht wird), dann ändert sich der pH um den Wert eins in die Richtung von pH 7. Um eine Lösung mit pH 2 auf den pH 5 zu bringen muss man sie also um Faktor 1000 verdünnen (1 ml + 999 ml)

 

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus (= Zehnerlogarithmus) der Wasserstoffionen-Konzentration ( c H3O + ) .

 

 

\mathrm{\!\ pH = - \log_{10} \left({c_{H_3O^+}} \, \cdot \frac{l}{mol} \right) }  

oder auch  \mathrm{ \ {c_{H_3O^+}} = 10^{-pH} \, \frac{mol}{l} }

Reaktionen von Metallen mit gelösten, wässrigen Metallverbindungen: Korrosion und Batterien

Strom aus einer Zitrone: die Zitronenbatterie bei Wissen macht Ah!

 

ANIMATION: Was geschieht mit einem Eisennagel, der in Kupfersulfatlösung steht?

 

Immer, wenn ein unedles Metall mit der Lösung eines edleren Metalls in Kontakt kommt, scheidet sich das edlere Metall ab und das unedlere wird aufgelöst (geht in Form von Ionen in Lösung). Welches Metall ist unedel, welches ist edel?

 

Batterien

Wenn das unedle Metall nicht direkt in einer Lösung eines edleren Metalls steht, sondern davon getrennt, dann kann die Elektronenübertragung über einen metallischen Leiter erfolgen. Voraussetzung ist allerdings, dass hierbei ein geschlossener Stromkreis existiert. Auf diese Art wird ein elektrischer Strom erzeugt und nutzbar gemacht - wir haben im Unterricht am 9.10.2013 eine einfache Batterie gebaut!

 

ANIMATION: Was geschieht bei der Zink / Kupfer-Batterie (Daniell-Element) ?

 

 

Gruppenarbeit:

Zink-Kohle-Batterie: Daniel, Justin, Janis, Dominik

Ni-Metallhydrid-Akku: Lena, Alisa, Clarissa

Brennstoffzellen: Jenny, Lorena, Janis, Corinna

Li-Ionen-Akku: Jannik, Leon, Florian, Max

Bleiakku: Olli, Robin, Luca, Denis

Li-Mn-Batterie: Marvin, Tim, Vanessa, Eileen

Zink-Knopfzellen: Marvin Ö., Lukas, Svenja, Livia

 

Wir haben uns noch mit dem Problem der Korrosion und dem Korrosionsschutz  durch Galvanisieren beschäftigt. Siehe doch einmal im Buch nach, oder bei Prof. Blume:

 

Elektrochemie bei Prof. Blume

Organische Chemie

Vielfalt durch unendlich viele Verknüpfungsmöglichkeiten für C, H, O, N und andere Elemente

 

Bei der Elementaranalyse von Methan zeigten die Verbrennungsprodukte Wasser und Kohlenstoffdioxid, das Kohlenwasserstoffe aus Kohlenstoff und Wasserstoff aufgebaut sind. Weitere in organischen Verbindungen oft vorkommende Atomsorten sind Sauerstoff und Stickstoff. BUCH S. 313

 

Die einfachsten organischen Verbindungen sind die kettenförmigen Alkane. Sie enthalten unterschiedlich viele Kohlenstoffatome und bilden eine homologe Reihe: CH4 (Methan), C2H6 (Ethan), C3H8 (Propan), C4H10 (Butan) .... Ihre allgemeine Summenformel lautet CnH2n+2. Ihr habt die besonderen Eigenschaften der Alkane kennen gelernt und aufgeschrieben. BUCH S. 314-315

Für die Summenformel (C4H10), das Butan, gibt es mehr als eine Strukturformel. Man kann ein kettenförmiges und ein verzweigtes Molekül bauen. Beim Pentan sind schon 3 verschiedene Strukturen möglich und beim C20H42 schon 366.319! Diese Strukturvielfalt nennt man ISOMERIE. BUCH S. 318

 

Erdöl und -gas besteht aus Kohlenwasserstoffen

Erdöl wird durch eine fraktionierte Destillation aufgearbeitet. Hierbei werden die einzelnen Kohlenwasserstoffe entsprechend ihrer Siedetemperaturen in Fraktionen mit ähnlichen Siedepunkten aufgetrennt. Außerdem wird durch die Prozesse Cracken (Auseinanderbrechen) langkettiger Alkane und Reformierung / Isomerisierung aus dem Erdöl ein größerer Anteil an Kohlenwasserstoffen mit niederigem Siedepunkt und höherem Entflammungspunkt (Klopffestigkeit) gewonnen. BUCH S. 310-311


Organische Verbindungen können Mehrfachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten. Zwischen Kohlenstoff sind Zweifach- / Doppelbindungen und Dreifachbindungen möglich. Kohlenstoffverbindungen mit Doppelbindungen heißen Alkene, z.B. Ethen, Propen und solche mit Dreifachbindung Alkine, z.B. Ethin. Die Alkane werden auch als gesättigte Kohlenwasserstoffe bezeichnet, da sie die maximale mögliche Anzahl an Wasserstoffatomen enthalten. Alkene und Alkine mit Mehrfachbindungen sind demzufolge ungesättigte Kohlenwasserstoffe.

 

Durch das Auftreten von funktionellen Gruppen, wie z.B. der für Alkohole typischen Hydroxylgruppe -O-H , erhöht sich die Vielfalt der Kohlenwasserstoffe nochmals. Die Alkohole haben typische Eigenschaften, z.B. Löslichkeit in Wasser, Schmelz- und Siedepunkt, die sich mit der Kettenlänge des Alkylrestes systematisch verändern.

 

Namensgebung bei Kohlenwasserstoffen und davon abgeleiteteten organischen Verbindungen

Siehe Buch S. 318 und hier:

1) Namensgebung bei organischen Verbindungen und 2) Video zur Namensgebung .

 

Exkurs Chemilumineszenz, Fluoreszenz und Phosphoreszenz am 9.4.2014:

Bei der Chemilunimeszenz handelt es sich um ein Leuchten, welches während einer chemischen Reaktion auftritt. Chemilumineszenz wird bei Kriminalfällen zum Nachweis von Blut benutzt. In der Wissenschaft werden bei einigen Techniken mittels Chemilumineszenz DNA oder Proteine (Eiweiße) nachgewiesen. Fluoreszenz ist eine durch Aufnahme von energiereichen Licht erzeugtes Leuchten eines Farbstoffes in einer energieärmeren Farbe. Als Phosphoreszenz bezeichnet man das Nachleuchten eines Stoffes im Dunkeln nach vorheriger Anregung ("Aufladung") im Licht.

 

Link zum Video

Link zu einem zweiten Video

 

Chemie kann nicht nur stinken, sondern auch angenehm riechen: Ester

Nachdem ihr gelernt habt, dass es nicht nur den Alkohol (Trinkalkohol = ETHANOL) gibt, sondern eine ganze Stofffamilie und auch Bekanntschaft mit den organischen Säuren (Ameisensäure, Essigsäure etc.) gemacht habt, haben wir aus jeweils einem Alkohol und einer Säure verschiedene Ester hergestellt. Mehr dazu hier: http://www.seilnacht.com/Lexikon/ester.html

 

Benutzt man Alkohole mit mehr als einer OH-Gruppe und Säuren mit mehr als einer COOH-Gruppe, dann kann die Esterbindung mehrmals entstehen und man erhält Kunststoffe, die POLYESTER genannt werden.